原料差异对厌氧消化微生物群落的影响

以餐厨垃圾、果蔬垃圾、麦秸3种不同原料分别进行厌氧消化,研究了各反应器在最佳运行条件下的消化特性和微生物群落组成。结果表明:VS产气率由高到低依次为餐厨垃圾(756.4mL·g-1VS-1)、麦秸(696.5mL·g-1VS-1)和果蔬垃圾(433.5mL·g-1VS-1),甲烷含量在51.5%～55.1%之间,利用PCR-DGGE技术系统地分析了不同原料消化系统内细菌和古菌的群落结构构成及差异。结果表明,虽然3组样品中细菌和古菌的群落存在相同的优势微生物,但其数量和群落结构差异也较为明显,细菌中以拟杆菌(Bacteroidetes)以及古菌中甲烷鬃菌属(Methanosaeta)和甲烷螺菌属(Methanospirillum)均为样品共有的优势微生物。     

存储时间对玉米秸秆理化性状及产甲烷潜力的影响

收割后的秸秆需要经过时间不等的存储后进入到厌氧系统生产沼气,而秸秆的存储时间不同对产甲烷潜力有一定的影响。该文对收割后的玉米秸秆分别经过0、2、5、10、20、30和45 d自然堆放存储,分析不同存储时间秸秆的理化性质变化以及对产甲烷潜力的影响。通过分析不同存储时间秸秆的感官性状、总固体(totalsolid,TS)、挥发性固体(volatile solid,VS)、pH值、木质纤维素、叶绿素、挥发性脂肪酸(volatile fat acid,VFA)等理化性质,发现秸秆存储20 d后各个性状趋于稳定。对不同存储时间处理的秸秆进行产甲烷潜力(biochemical methane potential,BMP)测试,结果显示,存储0、2、5、10、20、30、45 d的BMP分别为325.49、315.35、297.85、296.71、295.25、287.83、291.01 mL/g(以VS计)),随着存储时间的增加,BMP总体上呈下降趋势,且存储0～5 d的下降较快,存储大于5 d的秸秆BMP结果相近。试验得出,秸秆存储时间不同对产甲烷潜力有明显影响,主要由于受到多种原料性质的影响,尤其是木质纤维素、可溶性化学需氧量、还原糖、挥发性脂肪酸。研究结果可为工程化秸秆沼气项目和生物天然气项目的运行提供参考。     

F/M对餐厨垃圾厌氧消化的酸化特性影响

文章系统地研究了F/M对餐厨垃圾厌氧消化中酸化特性的影响,分别以F/M(Food/Mud)0.5,1.0,2.0,2.5,3.0,4.0(VS/VS)为条件,观察96 h时间内酸化出料pH值、碱度、乙醇和挥发性脂肪酸(VFAs)、产气状态等特性。结果表明:当F/M≤1时,丙酸+乙酸含量达到56%~80%,以丙酸型发酵为主,并伴有甲烷产生,碱度仅为3000~4000 mg·L~(-1),系统稳定性较差,不利于后续甲烷化进程;当1F/M≤2.5时,丁酸+乙酸含量为77%~85%,且单位负荷产酸率大于250 mg VFAs·g-1VS,高于其他实验组,为丁酸型发酵,碱度达到5650 mg·L~(-1),该发酵类型稳定,可为后续甲烷化过程提供更多可利用的VFAs;当F/M2.5时,乙醇+乙酸含量为80%~92%,为乙醇型发酵,发酵96 h的pH值仅为5(F/M=3)和4.3(F/M=4),系统酸化现象严重,稳定性差,会使后续甲烷化进程受到阻碍。因此,F/M的范围可决定发酵类型,在合理范围内控制F/M可为后续甲烷化进程提供目标性产物。     

四环素在厌氧发酵过程中的降解作用

四环素等抗生素残留是畜禽养殖粪便处理中存在较严重的问题,作者研究了四环素在厌氧发酵过程中的降解及其对厌氧发酵影响。研究表明:四环素对甲烷细菌有抑制作用,当浓度高于400 mg·L-1时,开始出现重度抑制现象;超声预处理可相对降低四环素等抗生素类药物对甲烷细菌的抑制作用,提高产气性能,累计产气量提高了7.28%。超声波预处理、及曝气后处理都能提高四环素的降解率,可分别提高0.8%,1.23%。四环素浓度在900 mg·L-1以下时,均能达到93%以上的降解率,沼液中残留浓度很低,但沼渣中有较大残留量。     

进料负荷对中试规模餐厨和果蔬混合厌氧消化的影响

餐厨和果蔬垃圾作为城市生活垃圾的主体,产量巨大,其高含水率的特点给传统的垃圾处理方法带来极大压力。中试规模下将餐厨和果蔬垃圾按质量比8∶5混合后进行两相厌氧消化研究。在产甲烷相有机负荷为1,2,3 kgVS·m-3d-1时,系统pH值始终维持在7.0~7.3之间,产气性能良好,负荷产气量和VS去除率分别为0.97,0.78,0.72 m3·kg-1VS和84%,87%,83%。当产甲烷相负荷升至4 kgVS·m-3d-1时,由于进入产甲烷相的有机酸含量迅速增加,造成了有机酸的积累,pH值降至6.8以下,系统产气性能受到抑制,负荷产气量和VS去除率分别降至0.51 m3·kg-1VS和76%。研究发现:中试规模下,餐厨和果蔬混合厌氧消化在低负荷下可有效避免有机酸的积累,得到较高的沼气产量;高负荷下系统稳定性被破坏,导致沼气产量大幅降低。     

沼渣制备生物炭添加对小麦秸秆厌氧消化产气性能及微生物群落的影响

厌氧消化技术是利用有机废弃物制备可再生绿色能源重要手段,更是解决环境污染问题的重要途径之一,生物炭利用也是有效处理有机固体废弃物,解决环境污染的重要手段。文章结合了这两种方式协同处理小麦秸秆,采用批式厌氧消化实验装置,将不同温度下(400℃,500℃和600℃)制备的沼渣生物炭按照不同剂量(0%,5%,10%和15%)添加到反应装置中,探究其对小麦秸秆厌氧消化产气性能的影响。实验结果表明:所有添加了生物炭的实验组中小麦秸秆的产甲烷量均高于未添加生物炭的实验组。其中,在400℃制备条件下,添加5%的生物炭,时,小麦秸秆的单位VS产甲烷量和VS去除率最高,分别为297 mL·g^-1VS和57.4%,比未添加组分别提高了40.1%和36.7%;与此同时,小麦秸秆厌氧消化系统中的细菌和古菌群落在水平上的优势菌种分别为Clostridium_sensu_stricto₁(18.5%)和Methanosaeta(69.2%)。因此,在小麦秸秆厌氧消化过程中添加沼渣生物炭,可作为提高小麦秸秆生物降解性和产甲烷性能的一...     

果蔬垃圾与餐厨垃圾混合厌氧消化产气性能

研究了果蔬与餐厨垃圾不同混合比例和不同进料负荷下的厌氧消化产气性能。以果蔬与餐厨垃圾为原料,比例分别为0∶8、2∶8、5∶8、8∶8和8∶0,不同比例的混合原料分别按2%、4%、6%（TS）的进料负荷进行厌氧消化。结果表明：果蔬与餐厨的比例为5∶8、进料负荷2%时产气性能最佳,其单位TS甲烷总产量为600 mL/g,比同比例进料负荷4%和6%分别高5.4%和10%,比2%～6%的单一餐厨和单一果蔬原料分别高4.5%～18%和7.1%～510%,消化周期小于50 d,第20天即达到产气高峰,且峰值单位TS日产气量可达95 mL/g。低负荷运行可有效地避免VFA中丙酸及氨氮的积累,提高负荷、增加果蔬的比例则会导致丙酸和氨氮的积累和抑制,影响厌氧消化体系的稳定性,导致单位TS甲烷总产量降低。研究结果可为城市生活垃圾有机废物厌氧消化处理提供设计和运行依据。